月牙泉周边起沙风况与输沙态势的时空分布特征.docxVIP

月牙泉周边起沙风况与输沙态势的时空分布特征 明沙山月牙泉景观位于甘肃省敦煌市城南5公里处。月牙泉处于鸣沙山环抱之中,因其形酷似一弯新月而得名。2001年月牙泉北弧长240m,最大宽度39m,面积0.88hm2,最大水深3m。敦煌鸣沙山月牙泉是大自然赐予人类的珍贵遗产。敦煌月牙泉四周为高大的鸣沙山,风沙活动强烈而频繁,但千百年来,“山泉共处、沙水共生”,湖光山色交相辉映。“沙山抱泉,泉映沙山”这一独特的地貌奇观,实为国内外罕见,堪称塞外风光之一绝。历年来,诸多学者从不同角度对这一恒古之谜进行了探讨,主要有“上升泉”、“断层泉”、“风成湖”、“基岩裂隙泉”、“沙漠地下水溢出泉”、“古河道残留湖”等6种观点。从地质学角度来看,认为月牙泉生成得益于党河对其地下水位的补给;从风沙地貌学角度来看,高大沙山与湖泊地表热力差异造成的局地环流,对其也有一定的影响。但由于研究角度和侧重点不同,上述观点仍存在较大的分歧。 近30a来,由于受自然、人为因素的双重作用,月牙泉水位大幅度下降,水域面积不断萎缩,直接导致当地自然环境的恶化和旅游资源的衰竭。据敦煌鸣沙山月牙泉管理处观测,月牙泉水深由20世纪60年代的8 m下降到1.5 m左右;面积由11 772m2(218 m×54 m)减少到6 536 m2(172 m×38m)。如不采取强有力的拯救措施,未来10a之内月牙泉将不复存在。为了抢救这一珍贵的自然遗产,当地政府于2006年对月牙泉采取应急补水治理工程,现已基本上解决了地下水的补给问题。然而,月牙泉所面临的风沙危害问题依旧存在,且愈演愈烈。尤其是近年来,由于受多种因素影响,使鸣沙山不断向月牙泉移动,形成了合围之势,严重威胁月牙泉的存亡。鉴于此,有必要对月牙泉周边的起沙风况、输沙势及风动力玫瑰等做系统研究。通过以上研究,不仅拓展风沙物理学研究领域和丰富沙漠科学理论体系,更能为保护和抢救敦煌鸣沙山月牙泉这一自然奇观提供理论依据,具有重要的科学价值和实践意义。 1 月牙泉阁-沙山岛 鸣沙山月牙泉位于西北内陆的敦煌盆地,属于典型的大陆性干旱气候区。区内多年平均降水量不足40mm,而蒸发量高达2 488 mm。该区素有“世界风库”之称,大风和沙暴频繁,常年多东风和西北风。春夏季以东风为主,秋冬季则以西北风为主,年均大风日数为20d。景区内地貌主要有大、小泉湾和周围的鸣沙山组成。小泉湾是间于东沙山与北沙山的洼地,主要用于办公和生活区。大泉湾是北沙山与南山之间的洼地,月牙泉和月泉阁等古建筑群分布其内,也是景区的核心。大泉湾北侧为月牙泉,南侧为平台。月牙泉北侧为一高大的金字塔形沙丘,相对高度在100m左右。南沙山位于月牙泉之南,山顶相对高度为125m,从山顶向不同方向延伸出4条沙垄。西沙山位于月牙泉的西南部,它有南、北两个峰顶,相对高度分别为190 m和170m。为了研究鸣沙山月牙泉景区内的起沙风况及风沙活动规律,我们在景区内典型部位架设了7台气象观测仪(图1)。其中,东西区域气象站点风速采集高度为10 m,其他各测点风杯架设高度为2m,风速采集时间步长为10min。 2 区域风 2.1 月内月风速随月间风速的特征 受地形的影响,月牙泉景区内各测点的平均风速差别很大。表1为月牙泉周边7个观测站点月平均风速,各测点月均风速最大区段主要集中在3—5月。例如,月牙泉西侧月均风速在该时段高达3.23m·s-1,南山顶的月均风速也达到了3.17m·s-1。从平均风速空间变化来看,月牙泉边年均风速最小,为1.75m·s-1;而年均风速最大测点位于南山顶,达2.78m·s-1。 2.2 沙粒结构特征 在统计区域风沙活动强度时,往往更多的考虑超过沙粒起动的风速,即起沙风。起沙风况直接决定区域风沙活动强度和输沙方向,进而影响沙丘形态变化及其演变,是研究风沙运动规律、解决风沙工程问题的关键指标之一。它与沙粒粒径、下垫面性质、沙粒含水率等多种因素有关。在参照前人野外观测与风洞实验的基础上,将鸣沙山月牙泉景区内的临界起沙风速定为5.0m·s-1(2m高度),并对其进行有关风沙活动强度的统计与计算。 为了更直观地反映月牙泉景区起沙风的空间分布,我们统计了景区内各测点的年均起沙风速,即2m高度处风速大于5.0 m·s-1的所有风速的平均值。年均起沙风速较大的测点为位于月牙泉外围的飞机场、西侧和南山顶,其年均起沙风速分别为6.87、6.47m·s-1和6.60m·s-1(图2)。由于受地形、周边建筑物和树木的影响,景区内月牙泉东侧和泉边的年均起沙风速较小,分别为6.14 m·s-1和5.90m·s-1。 2.3 月牙泉、大浚湾回归系内的起沙风主导方向和合成方向 从图3月牙泉景区各测点起沙风玫瑰空间分布来看,月牙泉边起沙风向以SSW和W风为主,分别占全年总量的30.01%和20.10%,起